KR20120051320A - Wireless energy transfer device - Google Patents

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KR20120051320A
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전상훈
김용해
이명래
강승열
정태형
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한국전자통신연구원
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Abstract

PURPOSE: A wireless power transmitting device is provided to maximize transmission efficiency by arranging a plurality of non-radiative electromagnetic wave generating units. CONSTITUTION: A wireless power transmitting unit(100) includes a power generating unit(120) and a plurality of non-radiative electromagnetic wave generating units(141-14N). The power generating unit generates power of an AC signal type. A plurality of non-radiative electromagnetic wave generating units generate non-radiative electromagnetic waves. A wireless power receiving unit(200) includes a non-radiative electromagnetic wave receiving unit(220) and a load unit(240). The non-radiative electronic wave receiving unit includes a reception resonant coil(2221) and a load coil(2222).

Description

무선 전력 전송 장치{WIRELESS ENERGY TRANSFER DEVICE}Wireless power transfer device {WIRELESS ENERGY TRANSFER DEVICE}

본 발명은 무선 전력 전송 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless power transmission device.

최근 가전 제품을 포함한 전자제품의 소형화와 휴대화가 급속히 진행되고 있다. 그리고, 모든 정보와 신호의 전송이 무선으로 처리되면서 기기와 연결된 선이 거의 없어지고 있다. 그리고, 가전기기의 경우 전력도 무선으로 전송하려는 시도가 이루어 지고 있다. 무선으로 전력을 전송하는 방법으로는 전자기유도가 가장 일반적으로 사용된다. 구체적으로, 전자기유도를 이용한 무선 전력 전송은 전동 칫솔 등에 사용되고 있으나, 거리가 조금만 떨어져도 전송 효율이 너무 떨어지고 와전류에 의한 불필요하고 위험한 발열을 일으킬 수 있는 문제가 있다.Recently, the miniaturization and portability of electronic products including home appliances have been rapidly progressing. In addition, since all information and signals are wirelessly processed, wires connected to the device are almost lost. In the case of home appliances, attempts have also been made to wirelessly transmit power. Electromagnetic induction is most commonly used as a method of transmitting power wirelessly. Specifically, wireless power transmission using electromagnetic induction is used in electric toothbrushes and the like. However, even if the distance is a little, the transmission efficiency is too low and there is a problem that can cause unnecessary and dangerous heat generation due to eddy currents.

최근 연구되고 있는 비방사형 에너지 전송 기술인 자기공명형 무선 전력 전송 방식은, 종래의 전자기유도 방식 보다 멀리, 수 미터의 거리에서도 높은 전송 효율을 얻을 수 있다. 이 기술은 두 매체가 같은 주파수로 공진할 경우에 전자파가 근거리 전자장을 통하여 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 감쇄파 결합에 기반을 두고 있어, 두 매체 사이의 공진 주파수가 동일할 때만 에너지가 전달되고, 사용되지 않는 에너지는 전자장으로 재흡수 된다. 따라서 다른 전자파와는 달리 주변의 기계나 인체에 무해하다.  The magnetic resonance wireless power transmission method, which is a non-radiative energy transmission technology that has been recently studied, can obtain a high transmission efficiency even at a distance of a few meters farther than the conventional electromagnetic induction method. This technique is based on attenuation wave coupling, where electromagnetic waves travel from one medium to another through the near field when two media resonate at the same frequency, and energy is transferred only when the resonant frequencies between the two media are the same. The unused energy is then absorbed back into the electromagnetic field. Therefore, unlike other electromagnetic waves, it is harmless to the surrounding machinery or human body.

자기공명형 무선 전력 전송시스템은 전송부와 수신부에 전송주파수에서 공진을 일으키는 공진기가 하나씩 포함되어 있는데, 이 두 공진기의 공진 주파수가 정확히 일치해야 높은 효율의 전송이 가능하다. 실제 시스템을 구성할 경우 두 공진기의 공진 주파수가 조금씩 달라지게 되므로, 이를 조정하기 위해 송신부 또는 수신부에 공진 주파수를 조정할 수 있는 장치를 포함하게 된다. 주파수 조정 장치로 가변 캐패시터를 사용할 수 있는데, 이때는 코일의 양단에 매우 큰 전압이 발생하기 때문에 캐패시터의 항복 전압이 매우 커야 한다. 또한 전송 주파수에서 송신부와 수신부의 임피던스 매칭이 필수적으로 필요하여, 전송거리에 따라 전송코일과 전원코일의 거리와 수신코일과 부하코일의 거리를 적절히 조절해 줌으로써 이를 해결하여야 한다.The magnetic resonance type wireless power transmission system includes one resonator that causes resonance at a transmission frequency at a transmitter and a receiver. Highly efficient transmission is possible when the resonance frequencies of the two resonators are exactly the same. When the actual system is configured, since the resonant frequencies of the two resonators vary slightly, a device for adjusting the resonant frequency may be included in the transmitter or the receiver to adjust this. A variable capacitor can be used as the frequency adjusting device. In this case, the breakdown voltage of the capacitor must be very large because a very large voltage is generated at both ends of the coil. In addition, impedance matching of the transmitter and the receiver is essential at the transmission frequency, and this problem must be solved by adjusting the distance between the transmission coil and the power coil and the distance between the reception coil and the load coil according to the transmission distance.

자기공명형 방식이 기존의 자기유도 방식에 비해 보다 먼 거리에서 무선 전력 전송이 가능하지만, 여전이 거리에 따라 전송 효율이 떨어지게 된다. 또한 수신하는 전자기기가 고정되어 있지 않을 때에는 보다 복잡한 상황이 된다. 전자기기의 위치가 고정되어 있지 않기 때문에 최적의 임피던스 정합 점을 정할 수 없고, 이로 인해 송신코일과 멀어질 경우 전송효율의 저하가 더 심해질 수 밖에 없다. 본 발명은, 자기공명형 무선 전력 전송의 효율을 보다 높이고, 수신하는 전자기기의 위치가 고정되지 않은 상황에서 최적의 무선 전력 전송을 수행하는 방법을 제시한다.Magnetic resonance type can transmit wireless power over a longer distance than conventional magnetic induction method, but transmission efficiency decreases according to distance. In addition, when the receiving electronic device is not fixed, the situation becomes more complicated. Since the position of the electronic device is not fixed, it is impossible to determine the optimum impedance matching point, which causes a further deterioration in transmission efficiency when it is moved away from the transmission coil. The present invention provides a method of increasing the efficiency of the magnetic resonance type wireless power transmission and performing the optimal wireless power transmission in a situation where the position of the receiving electronic device is not fixed.

본 발명의 목적은 자기 공명형 무선 전력 전송의 효율을 향상시키고, 무선 전송이 가능한 전송 영역을 형성할 수 있는 무선 전력 전송 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention to improve the efficiency of the magnetic resonance type wireless power transmission, to provide a wireless power transmission apparatus capable of forming a transmission area capable of wireless transmission.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치는 전력을 발생시키는 전력 발생부, 및 상기 변환된 AC신호를 입력받아 공진을 이용하여 비방사형 전자파를 발생하는 2개 이상의 비방사형 전자파 발생부들을 포함하고, 상기 비방사형 전자파 발생부들은 무선 전력 전송이 가능한 전송 영역을 형성하도록 배치된다.Wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention includes a power generating unit for generating power, and two or more non-radiating electromagnetic wave generating unit for generating a non-radioactive electromagnetic wave by using the resonance received the converted AC signal The non-radiative electromagnetic wave generators are arranged to form a transmission area capable of wireless power transmission.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 비방사형 전자파 발생부들 각각은, 상기 변환된 AC신호를 입력 받아 공진을 일으키는 코일에 에너지를 전달하는 전달 코일(Drive Coil)과 상기 에너지를 받아 자기공명을 일으켜 상기 비방사형 전자파를 발생하는 송신 공진 코일(Transmit Resonance Coil)을 포함한다.In example embodiments, each of the plurality of non-radiative electromagnetic wave generators may receive a drive coil for transmitting energy to a coil causing resonance by receiving the converted AC signal, and generate magnetic resonance by receiving the energy. And a transmission resonance coil generating a dead electromagnetic wave.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 비방사형 전자파 발생부들 각각의 송신 공진 코일의 공진 주파수는 동일하다.In example embodiments, the resonant frequencies of the transmission resonant coils of the plurality of non-radiative electromagnetic wave generators are the same.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 비방사형 전자파 발생부들은 각각의 송신공진 코일의 공진 주파수를 조절하기 위한 공진 주파수 조정기를 더 포함한다.In example embodiments, the plurality of non-radiative electromagnetic wave generation units may further include a resonant frequency adjuster for adjusting a resonant frequency of each transmission resonance coil.

실시 예에 있어서, 상기 공진 주파수 조정기는 상기 송신 공진 코일에 연결된 가변 캐패시터를 포함한다.In an embodiment, the resonant frequency regulator includes a variable capacitor coupled to the transmit resonant coil.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 비방사형 전자파 발생부들 각각은 다각형의 꼭지점에 배치된다.In an embodiment, each of the non-radiative electromagnetic wave generating units is disposed at a vertex of a polygon.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 비방사형 전자파 발생부들 각각은 원 둘레에 배치된다.In an embodiment, each of the plurality of non-radiating electromagnetic wave generators is disposed around a circle.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 비방사형 전자파 발생부들은 제 1 및 제 2 비방사형 전자파 발생부를 갖고 그 사이에 수신기가 배치된다.In example embodiments, the plurality of non-radiative electromagnetic wave generators may include first and second non-radiative electromagnetic wave generators and a receiver may be disposed therebetween.

실시 예에 있어서, 상기 복수의 비방사형 전자파 발생부들은 상기 전송 영역의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치된다.In an embodiment, the plurality of non-radiative electromagnetic wave generating units are symmetrically arranged with respect to the center of the transmission area.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무선 전력 송신기는 무선 전력 전송 시스템은, 복수의 비방사형 전자파 발생부들을 배치함으로써, 무선 전력 전송이 가능한 전송 영역을 형성하고, 전송 효율을 극대화시킬 수 있다.As described above, in the wireless power transmitter according to the present invention, the wireless power transmission system may arrange a plurality of non-radiative electromagnetic wave generating units to form a transmission area capable of wireless power transmission and maximize transmission efficiency.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도1에 도시된 무선 전력 전송 장치에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 3은 도1에 도시된 무선 전력 전송 장치에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치의 송신부를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 비방사형 전자파 발생부들에 의해 형성되는 전송가능 영역에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 비방사형 전자파 발생부들에 의해 형성되는 전송가능 영역에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 비방사형 전자파 발생부들에 의해 형성되는 전송가능 영역에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치의 이득을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치의 전송효율을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예들에 따른 무선 전력 전송 장치가 응용되는 통신 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.1 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a first embodiment of the wireless power transmitter shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram illustrating a second embodiment of the wireless power transmitter shown in FIG. 1.
4 is a diagram illustrating a transmitter of a wireless power transmitter according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a first embodiment of a transmittable region formed by non-radiative electromagnetic wave generating units of a wireless power transmission apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing a second embodiment of a transmittable region formed by non-radiative electromagnetic wave generating units of a wireless power transmission apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a second embodiment of a transmittable region formed by non-radiative electromagnetic wave generating units of a wireless power transmission apparatus according to the present invention.
8 is a diagram illustrating a gain of a wireless power transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating transmission efficiency of a wireless power transmitter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a communication system to which a wireless power transmission apparatus according to embodiments of the present invention is applied.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(10)를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(10)는, 무선 전력 전송 송신부(100) 및 무선 전력 전송 수신부(200)를 포함한다.1 is a block diagram showing a wireless power transmission apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the wireless power transmitter 10 includes a wireless power transfer transmitter 100 and a wireless power transfer receiver 200.

본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(10)는 비방사형 무선 전력 전송 기술 (Non-radiative Wireless Power Transfer Technology)에 따라 전송될 수 있다. 이러한 비방사형 무선 전력 전송 기술은 일반적인 전자기유도(Electromagnetic Induction)보다 먼 거리에서, 전자기방사(Electromagnetic Radiation)보다 더 높은 효율로 전력을 전송할 수 있다. 여기서, 비방사형 무선 전력 전송 기술은 두 매체가 같은 주파수로 공진할 경우에 전자파가 근거리 전자장을 통하여 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 감쇄파 결합(Evanescent Wave Coupling)에 기반을 두고 있다. 이때 두 매체 사이의 공진 주파수가 동일할 때 전력이 전송되고, 사용되는 않는 전력은 공기 중으로 방사되지 않고 전자장으로 재흡수된다. 이로써, 비방사형 무선 전력 전송 기술에 사용되는 전자파는 다른 전자파와는 달리 주변의 다른 기계나 인체에 무해하다.The wireless power transmission apparatus 10 according to the present invention may be transmitted according to a non-radiative wireless power transfer technology. The non-radiative wireless power transmission technology can transmit power at a greater distance than electromagnetic radiation at a far distance than general electromagnetic induction. Here, the non-radiative wireless power transmission technology is based on attenuated wave coupling in which electromagnetic waves move from one medium to another through a near field when two media resonate at the same frequency. At this time, power is transmitted when the resonant frequencies between the two media are the same, and unused power is reabsorbed into the electromagnetic field without being radiated into the air. As a result, the electromagnetic waves used in the non-radio type wireless power transmission technology, unlike other electromagnetic waves, are harmless to other machines or the human body.

무선 전력 전송 송신부(100)는 전력 발생부(120) 및 복수의 비방사형 전자파 발생부들(141~14N)을 포함한다. 여기서 N은 2이상의 정수이다.The wireless power transmission transmitter 100 includes a power generator 120 and a plurality of non-radiative electromagnetic wave generators 141 to 14N. Where N is an integer of 2 or more.

전력 발생부(120)는 일반가정용 전원으로부터 인버터, 또는 전력증폭기의 형태로 구현되어 AC신호 형태의 전력을 발생시킨다.The power generator 120 is implemented in the form of an inverter or a power amplifier from a general household power source to generate power in the form of an AC signal.

복수의 비방사형 전자파 발생부들(141~14N) 각각은, 전력 발생부(120)로부터 AC신호를 입력 받아, 공진을 통하여 비방사형 전자파를 발생한다.Each of the plurality of non-radioactive electromagnetic wave generators 141 to 14N receives an AC signal from the power generator 120 and generates non-radioactive electromagnetic waves through resonance.

비방사형 전자파 발생부들(141~14N) 각각은, 대응하는 전달 코일 및 송신 공진 코일을 포함한다. 아래에서는 설명의 편의를 위해 제1비방사형 전자파 발생부(141)의 전달 코일(1411) 및 송신 공진 코일(1412)에 대하여 설명하겠다.Each of the non-radiative electromagnetic wave generators 141 to 14N includes a corresponding transmission coil and a transmission resonance coil. Hereinafter, for convenience of description, the transmission coil 1411 and the transmission resonance coil 1412 of the first non-radiating electromagnetic wave generator 141 will be described.

전달 코일(1411)은 전력 발생부(120)에서 발생된 AC신호를 입력 받아, 이를 송신 공진 코일(1412)에 전달하는 역할을 한다. 보통 턴 수(Turn)가 1이지만, 임피던스 정합을 위해 여러 턴을 사용할 수 있다. 저항의 손실을 줄이기 위해 사용주파수의 표피 두께 (Skin Depth)보다 두껍고 전기 전도도(Conductivity)가 좋은 금속을 사용한다. 전달 코일(1411)은 임피던스 정합을 위해 송신 공진 코일(1412)과 적절한 최적의 거리를 두고 배치된다.The transfer coil 1411 receives an AC signal generated by the power generator 120 and transmits the received AC signal to the transmission resonance coil 1412. Usually the number of turns is 1, but you can use multiple turns for impedance matching. To reduce the loss of resistance, a metal thicker than the skin thickness of the operating frequency and having good electrical conductivity is used. The transfer coil 1411 is disposed at an optimal optimum distance from the transmit resonant coil 1412 for impedance matching.

송신 공진 코일(1412)은 전달 코일(1411)로부터 받은 에너지를 이용, 공진을 일으킴으로써, 비방사형 전자파를 발생시킨다. 송신 공진 코일(1412)은 고유의 공진 주파수를 갖는다. 실시 예에 있어서, 복수의 비방사형 전자파 발생부들(141~14N) 각각의 송신 공진 코일들(1412~14N2)의 공진 주파수는 동일할 수 있다.The transmission resonance coil 1412 generates resonance by using energy received from the transmission coil 1411 to generate non-radiative electromagnetic waves. The transmit resonant coil 1412 has a unique resonant frequency. In example embodiments, the resonant frequencies of the transmission resonant coils 1412 to 14N2 of the plurality of non-radiative electromagnetic wave generating units 141 to 14N may be the same.

송신 공진 코일(1412)도 저항의 손실을 줄이기 위해 사용주파수의 표피 두께 보다 두껍고 전기 전도도가 좋은 금속을 사용한다. 송신 공진 코일(1412)은 도1에 도시된 바와 같이 헬리컬(Helical)구조 또는 스파이럴(Spiral) 구조로 구현될 수 있다. The transmission resonant coil 1412 also uses metal that is thicker than the skin thickness of the frequency of use and has good electrical conductivity to reduce the loss of resistance. As shown in FIG. 1, the transmission resonant coil 1412 may be implemented in a helical structure or a spiral structure.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(100)는, 무선 전력 전송을 하고자 하는 영역이 대칭 구조가 아닐 때 전달 코일(1411) 앞 단에 매칭회로를 배치시켜 이를 조절함으로써, 무선 전력 전송이 일어나는 영역의 전송효율 분포가 조절될 수 있다.In the wireless power transmission apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention, when a region to which wireless power is to be transmitted is not a symmetrical structure, a matching circuit is arranged in front of the transfer coil 1411 to adjust the wireless power transmission. The transmission efficiency distribution of the area where it occurs can be adjusted.

무선 전력 수신부(200)는 무선 전력 송신부(100)에서 발생된 비방사형 전자파를 전송받는 장치이다. 무선 전력 수신부(200)는 이동통신 단말기(Mobile Phone), 휴대용 컴퓨터(Portable Computer) 등 다양한 종류의 전자장치(Electronic Device)일 수 있다. 이러한 전자 장치들은 비방사형 전자파를 통해 수신된 전력으로 직접 구동될 수 있고, 배터리가 장착되는 전자장치들은 충전이 될 것이다.The wireless power receiver 200 is a device that receives non-radiated electromagnetic waves generated by the wireless power transmitter 100. The wireless power receiver 200 may be various types of electronic devices such as a mobile phone and a portable computer. Such electronic devices can be driven directly with power received through non-radiated electromagnetic waves, and electronic devices equipped with batteries will be charged.

무선 전력 수신부(200)는 비방사형 전자파 수신부(220) 및 부하부(240)를 포함한다. 비방사형 전자파 수신부(220)는 수신 공진 코일(2221) 및 부하코일(2222)를 포함한다. 수신 공진 코일(2221)은 공진시 송신 공진 코일(1412)로부터 발생된 비방사형 전자파를 수신한다.The wireless power receiver 200 includes a non-radiative electromagnetic wave receiver 220 and a load unit 240. The non-radiating electromagnetic wave receiver 220 includes a reception resonance coil 2221 and a load coil 2222. The reception resonant coil 2221 receives the non-radiated electromagnetic wave generated from the transmission resonant coil 1412 during resonance.

실시 예에 있어서, 수신 공진 코일(2221)은 헬리컬(Helical)구조일 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 수신 공진 코일(2221)은 스파이럴(Spiral)구조일 수 있다. 부하코일(2222)은 수신 공진 코일(2221)로부터 수신된 전력을 부하부(240)로 전달하는 역할을 한다. 부하코일은(2222)은 임피던스 정합을 위해 수신 공진 코일(2221)과 적절한 최적의 거리에 배치된다.In an embodiment, the reception resonance coil 2221 may have a helical structure. In another embodiment, the reception resonance coil 2221 may have a spiral structure. The load coil 2222 serves to transfer the power received from the reception resonance coil 2221 to the load unit 240. The load coil 2222 is disposed at an optimum optimum distance from the receiving resonant coil 2221 for impedance matching.

부하부(240)는 비방사형 전자파 수신부(220)로 부터 수신된 전력을 직류로 변환하여 이용한다.The load unit 240 converts the power received from the non-radiative electromagnetic wave receiver 220 into a direct current.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(10)는 복수의 비방사형 전자파 발생부들(141~14N)을 구비함으로써, 무선 전력 전송 효율을 높일 수 있다.Wireless power transmission apparatus 10 according to an embodiment of the present invention can be provided with a plurality of non-radiating electromagnetic wave generators (141 ~ 14N), it is possible to increase the wireless power transmission efficiency.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(10)는 복수의 비방사형 전자파 발생부들(141~14N)의 배치를 통하여 무선 전력 전송이 가능한 전송영역을 형성 할 수 있다.In addition, the wireless power transmission apparatus 10 according to an embodiment of the present invention may form a transmission area capable of wireless power transmission through the arrangement of the plurality of non-radiating electromagnetic wave generation units 141 to 14N.

도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 송신부(100)에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다. 도2를 참조하면, 무선 전력 송신부(100)는 하나의 전력 발생부(120) 및 제1 및 제2 비방사형 전자파 발생부들(141, 142)를 포함한다.FIG. 2 is a diagram illustrating a first embodiment of the wireless power transmitter 100 shown in FIG. 1. Referring to FIG. 2, the wireless power transmitter 100 includes one power generator 120 and first and second non-radiative electromagnetic wave generators 141 and 142.

제 1및, 제 2 비방사형 전자파 발생부들(141, 142) 각각은 전력 발생부(120)에 연결된다. 제 1 비방사형 전자파 발생부(141)는 제1 전달 코일(1411) 및 제1 송신 공진 코일(1412)을 포함한다. 그리고 제 2 비방사형 전자파 발생부(142)는 제 2 전달 코일(1421) 및 제 2 송신 공진 코일(1422)를 포함한다. 여기서 제 1 송신 공진 코일(1412)의 공진 주파수와 제2송신 공진 코일(1422)의 공진 주파수는 동일할 수 있다.Each of the first and second non-radiating electromagnetic wave generators 141 and 142 is connected to the power generator 120. The first non-radiating electromagnetic wave generator 141 includes a first transmission coil 1411 and a first transmission resonance coil 1412. The second non-radiative electromagnetic wave generator 142 includes a second transmission coil 1421 and a second transmission resonance coil 1422. Here, the resonance frequency of the first transmission resonance coil 1412 and the resonance frequency of the second transmission resonance coil 1422 may be the same.

제1 및 제2 비방사형 전자파 발생부들(141,142) 사이에 무선 전력 전송이 가능한 전송 영역이 형성된다. 무선 전력 수신부(200)는 이러한 전송 영역에서 비방사형 전자파를 통하여 전력을 전송 받을 수 있다.A transmission region capable of wireless power transmission is formed between the first and second non-radiating electromagnetic wave generators 141 and 142. The wireless power receiver 200 may receive power through non-radiated electromagnetic waves in the transmission area.

도2에서 도시된 무선 전력 송신부(100)은 두 개의 비방사형 전자파 발생부들(141, 142)을 포함 한다. 그러나 본 발명에 따른 무선 전력 송신부(100)가 여기에 국한될 필요는 없다. 본 발명에 따른 무선 전력 송신부(100)는 적어도 두 개의 비방사형 전자파 발생부들을 포함할 것이다.The wireless power transmitter 100 shown in FIG. 2 includes two non-radiative electromagnetic wave generators 141 and 142. However, the wireless power transmitter 100 according to the present invention need not be limited thereto. The wireless power transmitter 100 according to the present invention will include at least two non-radiative electromagnetic wave generators.

도 3은 도 1에 도시된 무선 전력 전송 송신부(100a)에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 무선 전력 전송 송신부(100a)는 하나의 전력 발생부(120) 및 제 1 내지 제 4 비방사형 전자파 발생부들(141, 142, 143, 144)을 포함한다. 여기서, 제 1 내지 제 4 송신 공진 코일(1412, 1422, 1432, 1442)의 공진 주파수들은 모두 동일할 것이다.3 is a diagram illustrating a second embodiment of the wireless power transfer transmitter 100a shown in FIG. 1. Referring to FIG. 3, the wireless power transmission transmitter 100a includes one power generator 120 and first to fourth non-radiative electromagnetic wave generators 141, 142, 143, and 144. Here, the resonant frequencies of the first to fourth transmission resonant coils 1412, 1422, 1432, and 1442 may all be the same.

제 1 내지 제 4 비방사형 전자파 발생부들(141, 142, 143, 144) 사이에 무선 전력 전송이 가능한 전송 영역이 형성된다. 무선 전력 전송 수신부(200)는 이러한 전송 영역에서 비방사형 전자파를 통하여 전력을 전송 받을 수 있다.A transmission region capable of wireless power transmission is formed between the first to fourth non-radiating electromagnetic wave generators 141, 142, 143, and 144. The wireless power transmission receiver 200 may receive power through non-radiated electromagnetic waves in this transmission area.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 송신부는 송신 공진 코일의 공진 주파수를 보정하기 위한 공진 주파수 조정기를 더 포함할 수 있다.The wireless power transmission transmitter according to the embodiment of the present invention may further include a resonant frequency adjuster for correcting the resonant frequency of the transmission resonant coil.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 전송 송신부(300)를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 무선 전력 전송 송신부(300)는 전력 발생부(320), 복수의 비방사형 전자파 발생부들(341~34N) 및 복수의 공진 주파수 조정기들(351~35N)을 포함한다.4 is a diagram illustrating a wireless power transmission transmitter 300 according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the wireless power transmission transmitter 300 includes a power generator 320, a plurality of non-radiative electromagnetic wave generators 341 to 34N, and a plurality of resonant frequency adjusters 351 to 35N.

전력 발생부(320)는 도 1에 도시된 전력 발생부(120)와 동일하게 구현된다. 복수의 비방사형 전자파 발생부들(341~34N) 각각은 도 1에 도시된 비방사형 전자파 발생부들(141~14N)과 동일하게 구현된다.The power generator 320 is implemented in the same manner as the power generator 120 shown in FIG. 1. Each of the non-radiative electromagnetic wave generating units 341 to 34N is implemented in the same manner as the non-radiative electromagnetic wave generating units 141 to 14N shown in FIG. 1.

복수의 공진 주파수 조정기들(351~35N) 각각은, 복수의 비방사형 전자파 발생부들(341~34N) 각각의 송신 공진 코일들(3412~34N2)에 연결된다. 실시 예에 있어서, 공진 주파수 조정기들(351~35N) 각각은 가변 캐퍼시터로 구현될 수 있다. 여기서, 가변 캐퍼시터는 공진 루프를 형성하도록 전송 코일에 직렬로 연결될 것이다.Each of the plurality of resonant frequency regulators 351 to 35N is connected to the transmission resonant coils 3412 to 34N2 of each of the plurality of non-radiative electromagnetic wave generators 341 to 34N. In an embodiment, each of the resonant frequency regulators 351 to 35N may be implemented with a variable capacitor. Here, the variable capacitor will be connected in series with the transmitting coil to form a resonant loop.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 송신부(300)는 공진 주파수 조정기들(351~35N)를 구비함으로써, 공진 주파수를 미세하게 조정할 수 있다. 이에 본 발명에 따른 무선 전력 송신기(300)는 무선 전력 전송 효율을 극대화시킬 수 있다.The wireless power transmission transmitter 300 according to an embodiment of the present invention may include resonant frequency adjusters 351 to 35N to finely adjust the resonant frequency. The wireless power transmitter 300 according to the present invention can maximize the wireless power transmission efficiency.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(10)는 복수의 비방사형 전자파 발생기들(141~14N)을 배치함으로써, 무선 전력이 전송 가능한 전송 영역을 형성한다. 도 5 내지 도 7에서는 전송 영역에 대한 실시 예들이 도시된다. 실시 예에 있어서, 복수의 비방사형 전자파 발생기들(141~14N)은 전송 영역의 중심으로 기준으로 대칭적으로 배치될 수 있다.The wireless power transmission apparatus 10 according to the embodiment of the present invention forms a transmission region in which wireless power can be transmitted by disposing a plurality of non-radiative electromagnetic wave generators 141 to 14N. 5 to 7 illustrate embodiments of a transmission area. In an embodiment, the plurality of non-radiating electromagnetic wave generators 141 to 14N may be symmetrically disposed with respect to the center of the transmission area.

도 5는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 송신부(100)의 비방사형 전자파 발생부들(141~143)에 의해 형성되는 전송 가능 영역에 대한 제 1 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 3 개의 비방사형 전자파 발생기들(141, 142, 143)이 삼각형의 꼭지점에 배치됨으로써, 삼각형 모양의 전송 영역이 형성된다. 여기서 삼각형은 정삼각형일 수 있다.FIG. 5 is a diagram illustrating a first embodiment of a transmittable region formed by the non-radioactive electromagnetic wave generators 141 to 143 of the wireless power transmission transmitter 100 according to the present invention. Referring to FIG. 5, three non-radiative electromagnetic wave generators 141, 142, and 143 are disposed at vertices of a triangle, thereby forming a triangular-shaped transmission region. The triangle may be an equilateral triangle.

도 6은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 송신부(100)의 비방사형 전자파 발생부들(141~144)에 의해 형성되는 전송 가능 영역에 대한 제 2 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 4 개의 비방사형 전자파 발생기들(141, 142, 143, 144)이 사각형의 꼭지점에 배치됨으로써, 사각형 모양의 전송 영역이 형성된다. 여기서 사각형은 정사각형일 수 있다.FIG. 6 is a diagram illustrating a second embodiment of a transmittable region formed by the non-radioactive electromagnetic wave generators 141 to 144 of the wireless power transmission transmitter 100 according to the present invention. Referring to FIG. 6, four non-radiative electromagnetic wave generators 141, 142, 143, and 144 are disposed at vertices of a rectangle, thereby forming a rectangular transmission region. Here, the square may be a square.

도 5 및 도 6으로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 송신부(100)는 다각형의 꼭지점에 비방사형 전자파 발생기들(141~14N)을 배치함으로써, 다각형 모양의 전송 영역을 형성시킬 수 있다.As can be seen from Figures 5 and 6, the wireless power transmitter 100 according to an embodiment of the present invention to form a polygonal transmission region by placing the non-radiating electromagnetic wave generators (141 ~ 14N) at the vertex of the polygon. Can be.

본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 송신부(100)는 원 둘레에 비방사형 전자파 발생기들(141~14N)을 배치함으로써, 원 모양의 전송 영역을 형성시킬 수도 있다.The wireless power transmission transmitter 100 according to an embodiment of the present invention may form a circular transmission area by disposing non-radiative electromagnetic wave generators 141 to 14N around a circle.

도 7은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 송신부(100)의 비방사형 전자파 발생부들(141~146)에 의해 형성되는 전송 가능 영역에 대한 제 3 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 6 개의 비방사형 전자파 발생기들(141, 142, 143, 144, 145, 146)이 원 둘레에 배치됨으로써, 원 모양의 전송 영역이 형성된다.FIG. 7 is a diagram illustrating a third embodiment of a transmittable region formed by the non-radioactive electromagnetic wave generators 141 to 146 of the wireless power transmission transmitter 100 according to the present invention. Referring to FIG. 7, six non-radiative electromagnetic wave generators 141, 142, 143, 144, 145, and 146 are disposed around a circle, thereby forming a circular transmission area.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 장치(10)의 이득을 보여주는 도면이다. 먼저, 무선 전력 전송 장치(10)는 두 개의 비방사형 전자파 발생기들(141, 142)을 포함하고, 두 개의 비방사형 전자파 발생기들(141, 142)은 서로 60 cm 이격 되었다. 도 8을 참조하면, 이용할 때, 제 1 비방사형 전자파 발생기(141)로부터 거리(X)가 30cm 일 때, 전송 이득이 가장 높으며, 공진 주파수도 가장 높다. 도 9는 이때의 전송 효율을 나타내고 있다.8 is a diagram illustrating a gain of the wireless power transmission apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. First, the wireless power transmitter 10 includes two non-radiative electromagnetic wave generators 141 and 142, and the two non-radiative electromagnetic wave generators 141 and 142 are spaced 60 cm from each other. Referring to FIG. 8, when used, when the distance X from the first non-radioactive electromagnetic wave generator 141 is 30 cm, the transmission gain is the highest and the resonance frequency is also the highest. 9 shows the transmission efficiency at this time.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 전력 전송 시스템이 응용되는 통신 시스템(20)을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 통신 시스템(20)은 무접촉 전원 공급 장치(301), 단말 장치(302), 및 네트워크에 연결된 워크스테이션(303)을 포함한다.10 is a diagram exemplarily illustrating a communication system 20 to which a wireless power transmission system according to an exemplary embodiment of the present invention is applied. Referring to FIG. 10, the communication system 20 includes a contactless power supply 301, a terminal device 302, and a workstation 303 connected to a network.

무선 접촉 전원 공급 장치(301)는, 워크스테이션(303)에 연결되고, 도 1에 도시된 무선 전력 송신기(100)와 동일한 동작 및 구성으로 구현된다. 무선 접촉 전원 공급 장치(301)는 단말 장치(302)와 워크스테이션(303) 사이의 통신 링크를 확립할 수 있다. 여기서 통신 링크는 단말 장치(302)로/부터 데이터를 전송하는데 이용된다. 단말 장치(302)는 도 1에 도시된 무선 전력 수신기(200)와 동일한 동작 및 구성으로 구현된다.The wireless contact power supply 301 is connected to the workstation 303 and is implemented in the same operation and configuration as the wireless power transmitter 100 shown in FIG. 1. The wireless contact power supply 301 may establish a communication link between the terminal device 302 and the workstation 303. The communication link is here used to transmit data to and from the terminal device 302. The terminal device 302 is implemented with the same operation and configuration as the wireless power receiver 200 shown in FIG. 1.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 한정되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the following claims.

10: 무선 전력 전송 장치
100: 무선 전력 전송 송신부
200: 무선 전력 전송 수신부
120: 전력 발생부
141~14N: 비방사형 전자파 발생부
1411~14N1: 전달 코일
1421~14N2: 송신 공진 코일
220: 비방사형 전자파 수신부
240: 부하부
2221: 수신 공진 코일
2222: 부하 코일10: wireless power transmitter
100: wireless power transmission transmitter
200: wireless power transmission receiver
120: power generating unit
141 ~ 14N: non-radiating electromagnetic wave generator
1411 ~ 14N1: Transmission coil
1421 ~ 14N2: Transmission Resonant Coil
220: non-radiating electromagnetic wave receiver
240: load portion
2221: receiving resonance coil
2222: load coil

Claims (8)

전력을 발생시키는 전력 발생부; 및
상기 전력을 입력받아 공진을 이용하여 비방사형 전자파를 발생하는 2개 이상의 비방사형 전자파 발생부들을 포함하고,
상기 비방사형 전자파 발생부들은 무선 전력 전송이 가능한 전송영역을 형성하도록 배치되는 무선 전력 전송 장치.A power generator for generating power; And
It includes two or more non-radiative electromagnetic wave generation unit for receiving the power to generate a non-radioactive electromagnetic wave using resonance,
The non-radiative electromagnetic wave generators are arranged to form a transmission area capable of wireless power transmission. 제 1항에 있어서,
상기 비방사형 전자파 발생부들 각각은,
에너지를 받고 공진을 이용하여 상기 비방사형 전자파를 발생하는 송신 공진 코일; 및
상기 발생된 전력에 대응하는 AC신호를 입력받아 공진을 일으키는 상기 송신 공진 코일에 상기 에너지를 전달하는 전달 코일을 포함하는 무선 전력 전송 장치.The method of claim 1,
Each of the non-radiating electromagnetic wave generators,
A transmission resonant coil receiving energy and generating the non-radiative electromagnetic wave by using resonance; And
And a transmission coil configured to receive an AC signal corresponding to the generated power and transfer the energy to the transmission resonance coil which causes resonance. 제 2항에 있어서,
상기 비방사형 전자파 발생부들 각각의 송진 공진 코일의 공진 주파수는 동일한 무선 전력 전송 장치.The method of claim 2,
And a resonance frequency of the rosin resonance coil of each of the non-radiative electromagnetic wave generating units. 제 2 항에 있어서,
상기 비방사형 전자파 발생부들 각각의 송신 공진 코일의 공진 주파수를 조절하기 위한 공진 주파수 조정기를 더 포함하는 무선 전력 전송 장치.The method of claim 2,
And a resonant frequency adjuster for adjusting a resonant frequency of the transmission resonant coil of each of the non-radioactive electromagnetic wave generators. 제 4 항에 있어서,
상기 공진 주파수 조정기는 상기 송신 공진 코일에 직렬 연결된 가변 캐퍼시터를 포함하는 무선 전력 전송 장치.The method of claim 4, wherein
And the resonant frequency regulator comprises a variable capacitor connected in series with the transmit resonant coil. 제 1 항에 있어서,
상기 비방사형 전자파 발생부들 각각은 다각형의 꼭지점에 배치되는 무선 전력 전송 장치.The method of claim 1,
Each of the non-radioactive electromagnetic wave generators is disposed at the vertex of the polygon. 제 1 항에 있어서,
상기 비방사형 전자파 발생부들 각각은 원 둘레에 배치되는 무선 전력 전송 장치.The method of claim 1,
And each of the non-radiative electromagnetic wave generators is disposed around a circle. 제 1 항에 있어서,
상기 비방사형 전자파 발생부들은 상기 전송 영역의 중심을 기준으로 대칭적으로 배치되는 무선 전력 전송 장치.The method of claim 1,
The non-radiative electromagnetic wave generators are symmetrically arranged with respect to the center of the transmission area.
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